郭进　冯俊波　曹国威

摘要：针对硅光子器件的特殊性提出了与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的硅光工艺开发的基本原则和关键问题。相比于工艺，硅光在芯片设计的方法和流程方面面临更多的挑战，例如硅光子技术与CMOS工艺兼容性，可重复IP制定及复杂芯片的快速设计等。故充分利用先进的半导体设备和工艺、个别工艺的特殊控制、多层次光电联合仿真是硅光子芯片从小规模设计走向大规模集成应用的关键。光子链路的仿真、器件行为级模型、版图的布局布线及验证等是硅光芯片走向成熟的关键。

关键词： 硅基光子学；设计方法；设计流程；大规模集成

Abstract： In this paper， the fundamental principles and key issues of the silicon optical process compatible with complementary metal oxide semiconductor（CMOS） are described. Silicon optics faces many challenges in terms of chip design methods and processes， including the process compatibility of CMOS and silicon photonics， the design of repeatable IP and the quick design of complicate chips. To achieve the change from small scale design to the large scale integrated application， some issues should be emphasized， including the full use of the advanced semi-conductor equipment and process， the control of some special processes and the simulation and design of opto-electronics devices. And the optical link simulation， behavior level model， floor planning， placement and routing， and the layout verification are the key factors to the maturity of silicon optical chip.

Key words： silicon photonics； design methodology； design flow； large scale integration

硅光子集成技術，是以硅和硅基衬底材料（如SiGe/Si、SOI等）作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件（包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波导器件等），并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光互连、光计算等领域中的实际应用。硅光子技术结合了以微电子为代表的集成电路技术的超大规模、超高精度的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。在过去几十年里，作为现代集成电路产业基石的CMOS工艺取得了令人瞩目的发展。

而硅光子集成技术作为依存在CMOS工艺之上的一个新兴技术方向，从设计方法、设计工具和流程、基于工艺平台的协同设计等方面很大程度上参考和借鉴了微电子对应的内容。……